8.7. Источники вторичного питания

8.7.1. Выпрямители. Общие сведения. Ознакомиться с назначением выпрямителей, структурной схемой, классификацией. Знать их характеристики и параметры.

Изучить схемы выпрямления однофазного тока: схему с выводом средней (нулевой) точки трансформатора, мостовую схему. Обратить внимание на особенности работы каждой схемы, кривые напряжений и токов, основные соотношения, характеризующие работу выпрямителей. Учитывать, что выпрямители создают на выходе пульсирующее напряжение, которое содержит постоянную составляющую – среднее значение этого напряжения. Качество выпрямленного напряжения оценивают коэффициентом пульсаций. Ознакомиться с преимуществами трехфазных схем выпрямления. Рассмотреть работу схемы трехфазного выпрямителя с выводом средней (нулевой) точки трансформатора. Изучить временные диаграммы напряжений и токов выпрямителя при активной нагрузке. Обратить внимание на поочерёдную работу диодов в схеме трехфазного выпрямителя, а также на основные соотношения, характеризующие его работу. Изучить схему трехфазного мостового выпрямителя, принцип его работы, временные диаграммы напряжений и токов. При изучении схем выпрямления нужно научиться строить временные диаграммы напряжений и токов, определять среднее значение выпрямленного напряжения. Знать определение средних, действующих и максимальных значений напряжений и токов. Уметь для каждой схемы определять условия работы диодов.

Необходимо представлять отличия преобразователей средней и большой мощности от маломощных выпрямителей. Маломощные выпрямители применяются в качестве источников питания электронных устройств. В преобразователях средней и большой мощности основное влияние на работу и на процесс коммутации токов оказывают индуктивности рассеяния трансформатора, а не активные сопротивления обмоток трансформатора и фильтра, как в маломощных выпрямителях. Характер нагрузки преобразователей средней и большой мощности – индуктивный или индуктивный с противоЭДС.

8.7.2. Сглаживающие фильтры. Ознакомиться с назначением сглаживающих фильтров и требованиями, предъявляемыми к схемам фильтров. Изучить работу выпрямителя совместно с простейшими емкостными и индуктивными фильтрами. Ознакомиться с методикой оценки пульсации выпрямленного напряжения и выбором элементов выпрямителя.

Ознакомиться с работой выпрямителя со сложными фильтрами и методикой оценки пульсаций выходного напряжения.

8.7.3. Стабилизатор напряжения. Ознакомиться с назначением стабилизаторов напряжения, их параметрами и классификацией.

Изучая параметрический стабилизатор, рассмотреть его работу в двух режимах: 1) для постоянной нагрузки и изменяющегося входного напряжения; 2) для переменной нагрузки и неизменного входного напряжения. Знать уравнение нагрузочной линии, определение рабочей точки: рассмотреть смещение нагрузочной линии (прямой) при изменениях напряжения питания или величины нагрузки. Используя нагрузочную прямую, уметь находить пределы изменения входного напряжения и сопротивления нагрузки в схеме стабилизатора.

Изучить работу компенсационных стабилизаторов напряжения непрерывного действия и импульсные. Ознакомиться со стабилизаторами напряжения в интегральном исполнении.

8.7.4. Управляемые выпрямители. Изучить принцип действия управляемого выпрямителя и временные диаграммы его работы при чисто активной нагрузке на основе однофазного управляемого выпрямителя со средней точкой. Рассмотреть кривые выходного напряжения выпрямителей при различных углах управления, регулировочную и внешнюю характеристики. Рассмотреть влияние на процессы в схеме управляемого выпрямителя индуктивности в цепи нагрузки. Обратить внимание на вызванное наличием индуктивности изменение характера зависимостей токов и напряжений в схеме, а также на изменение вида регулировочной характеристики. При изучении работы управляемого выпрямителя на двигатель постоянного представить нагрузку в виде противоЭДС с индуктивностью. ПротивоЭДС подпирает вентили, поэтому при большом значении α может возникнуть прерывистый режим работы выпрямителя, когда ток нагрузки прерывается.В случае прерывистого тока нагрузки среднее значение выпрямленного напряжения, которое было бы при данном значении угла регулирования α в режиме непрерывного тока, по величине меньше противоЭДС в цепи нагрузки: U_dα< E_Я, где Е_Я – ЭДС якоря двигателя постоянного тока. Область прерывистых токов характеризуется малыми величинами среднего значения тока, потому им можно пренебречь и считать , что выпрямитель работает в режиме холостого хода при прерывистом токе в нагрузке.

8.7.5. Инверторы. Изучить принцип инвертирования и рассмотреть инверторы, ведомые сетью. При изучении управляемых выпрямителей представлять переход из выпрямительного режима в инверторный. Обратить внимание на изменение направления потока энергии при изменении угла регулирования α и полярности ЭДС. При углах регулирования, больших 90^º, и при полярности ЭДС, соответствующей проводящему направлению вентилей, происходит передача энергии от источника ЭДС в питающую выпрямитель сеть. Такой режим работы называется инверторным.

8.7.6. Система управления вентильными преобразователями Необходимо знать структурные схемы управления выпрямителями, автономными инверторами. Уметь строить для них временные диаграммы. В настоящее время для типовых преобразователей: реверсивных и нереверсивных выпрямителей применяется вертикальный способ управления. Наибольшее распространение получили многоканальные системы управления, в которых на каждый канал управления используется отдельный генератор опорного напряжения. Недостаток её – возникновение несимметрии углов α в разных фазах преобразователя. Достоинство – универсальность, взаимозаменяемость, так как все каналы управления одинаковы. В одноканальной системе управления независимо от числа фаз выпрямления применяются один генератор опорного напряжения. Достоинство её – высокая точность установки углов α для всех фаз.

8.7.7. Преобразователи и инверторы напряжения. Изучить принцип построения и классификацию преобразователей постоянного напряжения. Основой для изучения тиристорных преобразователей постоянного напряжения является схемы принудительной коммутации. Необходимо знать простейшие схемы коммутации, когда коммутирующий конденсатор включается последовательно и параллельно включаемому тиристору. Знать схемы широтно-импульсного преобразователя с тиристором, включаемым последовательно и параллельно нагрузке. Вид нагрузки – активно-индуктивная, зашунтированная обратным диодом. Представлять, в чем состоит отличие широтно-импульсного регулирования от частотно-импульсного регулирования. Ознакомиться с принципом построения транзисторных преобразователей напряжения. Знать структурные схемы транзисторных преобразователей. Рассмотреть двухтактные инверторы и преобразователи напряжения. При изучении автономных инверторов изучить мостовую схему инвертора напряжения и тока, уметь строить временные диаграммы, знать внешние характеристики. 8.7.8. Контрольные вопросы 1. По каким признакам классифицируются выпрямители? Назвать параметры и показать характеристики выпрямителей. 2. Как построена двухполупериодная схема выпрямителя с выводом нулевой точки? Показать диаграммы работы нулевой схемы выпрямителя для активной нагрузки. Определить среднее значение выпрямленного напряжения и условия работы вентилей. 3. Как построена однофазная мостовая схема выпрямления? Показать диаграммы работы мостовой схемы для активной нагрузки. Определить среднее значение выпрямленного напряжения и условия работы вентилей. 4. Опишите работу трехфазной схемы выпрямления с выводом нулевой точки. 5. Как работает трехфазная мостовая схема выпрямления? 6. Сравнить по параметрам и условиям работы вентилей трехфазную нулевую схему выпрямления и трехфазную мостовую схему выпрямления. 7. Как определяется коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения? Назвать способы уменьшения пульсаций. 8. Как влияет индуктивность рассеяния трансформатора на работу выпрямителей средней и большой мощности? 9. Привести схему и пояснить принцип действия параметрического стабилизатора напряжения в двух режимах: 1) для постоянной нагрузки и изменяющегося входного напряжения; 2) для переменной нагрузки и неизменного входного напряжения. 10. Привести схему и пояснить принцип действия компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного действия в двух режимах: 1) для постоянной нагрузки и изменяющегося входного напряжения; 2) для переменной нагрузки и неизменного входного напряжения.

11. Привести схему и пояснить принцип действия импульсного напряжения в двух режимах: 1) для постоянной нагрузки и изменяющегося входного напряжения; 2) для переменной нагрузки и неизменного входного напряжения.

12. Опишите работу однофазной двухполупериодной схемы выпрямления с нулевым выводом на тиристорах. 13. Как изменяется диапазон регулирования в зависимости от числа фаз выпрямления и характера нагрузки? 14. Раскрыть особенности работы управляемого выпрямителя на двигатель постоянного тока. 15. Показать и объяснить регулировочные характеристики для однофазной двухполупериодной схемы выпрямления при различном характере нагрузки: 1) нагрузка активная; 2) нагрузка активно-индуктивная, если X _d = ∞. 16. Показать и объяснить регулировочные характеристики для трехфазной нулевой схемы при различном характере нагрузки: 1) нагрузка активная; 2) нагрузка активно-индуктивная X _d = ∞. 17. В чем отличие непрерывного режима работы выпрямителя от прерывистого?

18. Какими факторами определяется переход трехфазного управляемого от режима непрерывных токов к режиму прерывистых токов.

19. Как смещаются внешние характеристики многофазного управляемого выпрямителя с ростом угла регулирования α? Как пойдет внешняя характеристика для α = 90°, если X _d = ∞?

20. Какой процесс называется инвертированием? 21. Как осуществляется переход от режима выпрямления к режиму инвертирования в цепи, содержащей источники переменного и постоянного напряжений? 22. В чем заключается рекуперативное торможение двигателя постоянного тока? 23. В каких случаях режим инвертирования чередуется с режимом выпрямления? 24. Показать, как проявляется влияние индуктивной нагрузки на работу выпрямителя. Изобразить выпрямленное напряжение и ток на нагрузке для углов регулирования α = 0; α = 60°, когда X _a = 0. 25. Показать внешние и регулировочные характеристики инвертора, ведомого сетью. Как по внешним характеристикам строится ограничительная характеристика?

26. Показать структурную схему и диаграммы работы вертикального способа управления выпрямителем. 27. Перечислите требования к системам управления тиристорами. 28. В чем состоит принцип вертикального управления? 29. Поясните принцип работы узла сравнения на основе компаратора. 30. Поясните на примере структурной схемы системы управления выпрямителя принцип регулирования в системах с отрицательной обратной связью.

31. Какие преимущества и недостатки имеет одноканальная структура системы управления по сравнению с многоканальной структурой?

32. Назвать способы коммутации тиристоров при питании анодной цепи постоянным напряжением. 33. Показать диаграммы работы широтно-импульсного преобразователя на активную нагрузку для схем с последовательным ключом. 34.Привести схему и пояснить работу автономного инвертора напряжения. 35. Привести схему и пояснить принцип работу автономного инвертора тока. 36. Показать структурную схему и пояснить принцип действия преобразователя постоянного напряжения. 37. Привести схему преобразователя постоянного напряжения на транзисторах (генератора Ройера). Объяснить принцип работы с поясняющими графиками. 38. Нарисовать схему и пояснить принцип преобразования частоты в случае, когда частота выходного сигнала регулируется в широких пределах вверх и вниз от частоты питающей сети. 39. Показать схему и диаграммы работы непосредственного преобразователя частоты, выполненного по трехфазно-однофазной схеме с нулевыми вентильными группами.

Литература

[1, гл.9].

[3, гл.5, гл.6, гл.8, гл.9, 9.1…9.4].

[4, гл.5, гл.6, 6.1…6.10, гл.7, 7.1, гл.8, 8.1, 8.2, 8.4, 8.5].